Odwracanie starzenia się dzięki przeprogramowaniu epigenetycznemu

Odkąd istnieją ludzie lub odkąd średniowieczni filozofowie i teolodzy rozwinęli koncepcję skończoności czasu, zdajemy sobie sprawę, że każdy żywy organizm w końcu doświadczy śmierci. Takie rozumienie śmiertelności nadaje życiu wartość i motywuje nas do robienia rzeczy, które robimy każdego dnia.

Jednak dzięki niedawnym przełomom w dziedzinie długowieczności człowieka jesteśmy w stanie odrzucić ideę śmierci wyrytej w kamieniu. Dokonaliśmy odkryć, które wskazują na możliwość przedłużenia naszego zdrowia i wyleczenia wielu chorób zagrażających ludzkości. Odwróciliśmy nawet ten proces starzenia się u myszy i nie jesteśmy tak daleko od zrobienia tego samego u ludzi.

Ale zanim przejdziemy do tych wszystkich fajnych rzeczy, cofnijmy się o krok i ponownie oceńmy, czym właściwie jest starzenie się.

Proces starzenia

Pomyśl o samochodach. Z biegiem czasu części zużywają się, metal rdzewieje, filtry zatykają się i tak dalej.

To samo dzieje się z naszymi ciałami. Uszkodzenia oksydacyjne, skracanie telomerów i ekspozycja na promieniowanie to tylko niektóre z wielu procesów, które składają się na teorię starzenia się .

Teoria zużycia postrzega komórki jako skarpetki, które wytrzymują tylko do pewnego momentu, zanim staną się wytarte lub dziurawe. Mogą się załatać, jak skarpetki, ale tylko tyle razy, zanim po prostu przestaną działać. -Mark Stibich, PhD, FIDSA

Ale ważne jest również, aby uznać, że istnieje więcej niż jedna teoria starzenia się. Teoria zużycia to tylko jedna z wielu. Istnieje teoria immunologiczna, teoria endokrynologiczna, teoria wolnych rodników i lista jest długa. Ale w tym artykule skupimy się na informacyjnej teorii starzenia się , która łączy to wszystko.

Przegląd epigenetyki

Każda komórka w twoim ciele ma dostęp do twojego pełnego genomu. Komórka skóry zawiera ten sam zestaw instrukcji DNA co komórka wątroby. Jednak funkcje obu typów komórek są zupełnie różne. Dlaczego tak jest?

Wynika to ze zmian w epigenomie , który określa sposób ekspresji twojego DNA. Teraz, chociaż nie zmieniają twojej rzeczywistej sekwencji DNA, mają moc określania, w jaki sposób sekwencja jest odczytywana .

Ale jak dokładnie to działa?

Istnieją dwa podstawowe mechanizmy, w których można wywołać supresję lub aktywację genów, z których pierwszym jest modyfikacja histonów . W naszych komórkach jądrowy DNA jest ciasno upakowany w postaci chromatyn, które są owinięte wokół szpulowych białek zwanych histonami .

Kiedy histony ciasno „nawijają się” lub są ciasno upakowane, białka, które transkrybują lub „odczytują” gen, mają problem z dostępem do DNA. Powoduje to dezaktywację tego konkretnego genu . Z drugiej strony, kiedy histony „rozwijają się” lub stają się luźno upakowane, białka, które „odczytują” gen, mogą łatwo uzyskać dostęp do DNA; w ten sposób aktywując go.

Innym sposobem regulacji ekspresji genów jest proces zwany metylacją DNA .

Metylacja DNA polega na dodaniu grupy metylowej (CH₃) do nukleotydu cytozyny w DNA, co następnie hamuje transkrypcję tego genu. Innymi słowy, te grupy metylowe podkreślają pewne regiony twojego DNA i wskazują, czy są aktywowane, czy nie.

Te wzorce aktywacji/inaktywacji genów tworzą znaki histonowe , które reprezentują informacje epigenetyczne w naszych komórkach. To, co czyni to tak znaczącym, to fakt, że mówi komórce, jakim typem komórki ma być. Dzięki temu komórka skóry może być komórką skóry, a komórka wątroby komórką wątroby.

Ale jak to się ma do starzenia?

Teoria informacji o starzeniu się

Teoria informacyjna starzenia się, opracowana przez dr Davida Sinclaira, AO, implikuje, że utrata informacji epigenetycznej jest główną przyczyną starzenia.

Każdego dnia w naszych ciałach dochodzi do bilionów pęknięć podwójnej nici DNA. Pęknięcia te występują z powodu naturalnego promieniowania, reakcji chemicznych w komórce, a czasami podczas podziału komórki. Ale ponieważ te przerwy zdarzają się dość często, nasze komórki są na nie dobrze przygotowane i wykonują wystarczającą pracę naprawczą.

Jednak, podobnie jak w przypadku wielu naturalnych procesów, czasami coś idzie nie tak. W wysiłkach podejmowanych przez nasze komórki, aby z powrotem skleić chromosomy i zresetować strukturę epigenomu, są chwile, kiedy im się to nie udaje. Histony nie wracają do właściwych miejsc, a metylacja DNA zachodzi tam, gdzie nie powinna. To zaburzenie ekspresji genów jest również znane jako szum epigenetyczny .

Nagromadzenie szumu epigenetycznego powoduje, że komórki tracą informacje epigenetyczne i zapominają, jakim typem komórki miały być. Innymi słowy, tracą swoją tożsamość .

Kiedy jedna lub dwie z naszych komórek zostaną dotknięte tym problemem, prawie tego nie zauważymy. Ale ponieważ coraz więcej komórek traci swoją tożsamość, zaczniemy zauważać pogorszenie naszego zdrowia. Rozwijają się u nas objawy starzenia i stajemy się bardziej podatni na choroby takie jak choroba Alzheimera czy rak.

Głębsze spojrzenie na metylację DNA i zegary epigenetyczne

Jak wyjaśniono wcześniej, metylacja DNA jest kolejnym sposobem regulacji ekspresji genów. Jest to mechanizm epigenetyczny, który polega na przeniesieniu grupy metylowej (CH₃) do miejsca CpG (sekcje genomu, w których po nukleotydach cytozyny następują nukleotydy guaniny). Kiedy grupy metylowe wiążą się z nukleotydem cytozyny, tworzą 5-metylocytozynę (metylowaną postać cytozyny).

Kiedy nukleotydy cytozyny są metylowane, transkrypcja genów jest głęboko hamowana, co zapobiega transkrypcji DNA na RNA. Robienie tego w kontrolowany sposób jest tym, co w naturalny sposób wyróżnia niektóre typy komórek i różnicuje ich unikalne właściwości.

Stwierdzono jednak, że zmiany w tych wzorcach metylacji są bezpośrednio związane z procesem starzenia. Ogólnie rzecz biorąc, zmiany te obejmują lokalną hipermetylację i globalną hipometylację , które są typowymi epigenetycznymi cechami starzenia (biologiczny termin określający starzenie).

Korzystając z tych wzorców zmian w metylacji, jesteśmy w stanie opracować zegary biologiczne, które przewidują proces starzenia. Jeden z nich nazywa się „ Zegar Horvatha ”. Zegar ten, nazwany na cześć doktora Steve'a Horvatha, określa wiek biologiczny organizmu na podstawie poziomów metylacji DNA.

Możemy odczytać te zegary biologiczne i powiedzieć, ile tak naprawdę masz lat . Chronologicznie możesz mieć 40 lat. Ale biologicznie możesz mieć 50.

W rzeczywistości możemy wykorzystać te wskaźniki i wzorce metylacji i określić prawdopodobieństwo rozwoju śmiertelnych chorób, a nawet przewidzieć, kiedy umrzesz .

Ale prawdziwe pytanie brzmi: czy możemy to spowolnić? Albo jeszcze lepiej, czy możemy zresetować system, strukturę epigenetyczną, aby nasze komórki mogły funkcjonować tak, jak kiedyś?

Przeprogramowanie epigenetyczne

Istnieje wiele sposobów, dzięki którym możemy odmłodzić nasze ciała i wydłużyć nasze zdrowie: ograniczenie kalorii, przerywany post, suplementy NAD , a nawet przyjmowanie senolityków w celu oczyszczenia starzejących się komórek. To wszystko sposoby, dzięki którym możemy spowolnić tempo starzenia.

Ale jak możemy odwrócić proces starzenia?

Po pierwsze, musimy rozwinąć zrozumienie Czynników Yamanaki . Czynniki Yamanaka (określane również jako geny OSKM) to cztery geny, które są bardzo krytyczne dla produkcji pluripotencjalnych komórek macierzystych (komórek, które mogą przekształcić się w dowolny typ komórek) z komórek somatycznych . Innymi słowy, te czynniki mogą zmienić dorosłe komórki w komórki macierzyste, gdy są nadeksprymowane. Czyni to poprzez usuwanie metylacji w komórce.

W 2020 roku The Sinclair Lab w Harvard Medical School opublikował artykuł , w którym podano, że oko myszy zostało przeprogramowane epigenetycznie . Ale zamiast używać wszystkich czterech czynników Yamanaki, zespół użył tylko trzech : Oct4 , Sox2 i Klf4 . Umożliwiło to komórce nerwu wzrokowego przywrócenie młodzieńczych wzorców metylacji DNA, jednocześnie zapobiegając całkowitemu przekształceniu się komórki w komórkę macierzystą. Innymi słowy, wiek biologiczny komórek nerwowych został odwrócony, ale nadal zachowały swoją tożsamość komórkową.

Dzięki temu przełomowemu odkryciu zespół nie tylko udowodnił, że wydłużenie naszego zdrowia jest możliwe, ale także udowodnił, że możliwe jest odwrócenie procesu starzenia. I ile razy możemy to robić? Może to dwa razy. A może dwieście razy. Kto wie?

Dokąd zmierzamy dalej

Często akceptujemy starzenie się jako naturalny proces i że nie możemy nic z tym zrobić. Ale jeśli już, starzenie się jest chorobą samą w sobie. Wraz z wiekiem nasze ciała tracą zdolność do zwalczania chorób w wyniku utraty informacji epigenetycznych. Z tego powodu stajemy się znacznie bardziej podatni na inne choroby zwyrodnieniowe, takie jak choroba Alzheimera, Parkinsona, osteoporoza lub rak; aby wymienić tylko kilka.

W naszym obecnym świecie spędzamy około trzydziestu lat, doświadczając pogorszenia stanu zdrowia, a ostatnie dwadzieścia nosimy w sobie chorobę, która ostatecznie prowadzi do śmierci.

Ale co by było, gdyby tak nie było? Co by było, gdyby symptomy starzenia się i choroby, które mu towarzyszą, były rzeczami, o które nie musielibyśmy się martwić?

Czy warto badać? Czy to w ogóle jest uważane za naturalne ?

W odpowiedzi na to, nic , co ludzie robią obecnie, nie jest czysto naturalne. Próba bezpośredniego zapobiegania pierwotnej przyczynie starzenia nie różni się niczym od przeszczepiania narządów lub leczenia raka za pomocą chemioterapii. Z biegiem czasu ewoluowaliśmy, aby nauczyć się i kontrolować rzeczy, które kiedyś nas kontrolowały.

Chociaż jesteśmy bardzo daleko od zresetowania każdej z naszych ~37 bilionów komórek w naszych ciałach, wyobrażenie sobie świata, w którym terapia genowa może być stosowana w leczeniu chorób związanych z wiekiem, jest całkiem możliwe. Dzięki niesamowitym przełomom, takim jak przeprogramowanie komórek (sprawdzone na myszach), dziedzina długowieczności człowieka nadal działa na rzecz przyszłości wolnej od chorób.